Racjonalne użytkowanie energii elektrycznej

Racjonalne użytkowanie energii elektrycznej (J. Paska)
1. Charakterystyka przemian energii od pierwotnej do postaci użytkowych
Rys. 1.
Fragment
schematu
przemian
energii
pierwotnej
i wtórnej
w energię
bezpośrednią
i użyteczną
W odniesieniu do przemian energetycznych i zasobów energii mają zastosowanie różne jednostki. Poniżej
zestawiono jednostki i ich przeliczenia wg Światowej Rady Energetycznej i IEA (International Energy
Agency):
2 -2
Jednostka podstawowa w układzie SI: dżul – 1 J = 1 N × 1 m = 1 kg⋅⋅m ⋅s = 1 W⋅⋅s
-7
-3
1
1 J = 0,102 kG⋅m = 0,239 cal = 2,77×10 kW⋅h = 0,948×10 Btu
-6
-3
1 cal = 4,1868 J = 1,16×10 kW⋅h = 3,968×10 Btu
6
5
1 kW⋅h = 3,6×10 J (3600 kJ) = 8,6×10 cal (869 kcal) = 3413 Btu
-4
1 Btu = 1,055 kJ = 0,252 kcal = 2,930×10 kW⋅h
Paliwo umowne:
ekwiwalent ropy – ton of oil equivalent (paliwo o wartości opałowej 10000 kcal/kg)
6
1 toe = 10×10 kcal = 10 Gcal = 41,87 GJ/Mg
ekwiwalent węgla – ton of coal equivalent (paliwo o wartości opałowej 7000 kcal/kg)
6
1 tce = 1 tpu = 7×10 kcal = 7 Gcal = 0,7 toe = 29,308 GJ
–6
1 tpu (tce) = 0,7 toe; 1 toe = 1,4286 tpu (tce); 1 toe = 41,85×10 PJ; 1 PJ = 23890 toe
Tablica 1. Wybrane wielkości charakteryzujące zużycie energii w roku 2010
Region
lub kraj
PKB, mld USD2005
6825
1232
205
50942
37494
1196
68431
37113
2346
12717
5406
606
338
1533
3514
1132
1492
2606
1345
2229
455
1022
38,19
4053
3217
2197
1252
382,96
9417
9072
4200
2769
662,57
2431
1524
583
682
101,45
3980
1796
907
603
144,45
7311
3331
1065
930
305,10
Świat
OECD
Śr. Wschód
Nie-OECD Europa
i Eurazja
Chiny
Azja
Nie-OECD Ameryki
Afryka
POLSKA
PKBPPP, mld USD Zużycie, Mtoe
Zużycie en. elektr.,
Emisja CO2, Mt
TWh
19738
30326
10246
12440
715
1547
Populacja, mln
Tablica 2. Struktura zużycia pierwotnych nośników energii w roku 2010 [Mtoe]
Region
lub kraj
Świat
OECD
UE
POLSKA
1
Ropa naftowa Gaz ziemny
4159,37
2073,74
662,8
26,7
2727,61
1316,96
447,2
14,0
Węgiel
i torf
3475,77
1086,37
276,0
56,4
Energia
jądrowa
718,96
596,49
207,6
-
Energia
wody
295,62
116,21
83,1
Biopaliwa i odpady
palne
1278,03
263,60
68,1
2,6
British thermal unit – jednostka stosowana w krajach anglosaskich (Wielka Brytania, USA, Kanada).
1
Inne
odnawialne
113,71
64,77
Razem
12717,16
5405,87
1744,8
99,6
Racjonalne użytkowanie energii elektrycznej (J. Paska)
Rys. 2. Struktura zużycia pierwotnych nośników energii i zużycia finalnego na świecie
Rys. 3. Prognoza wielkości i struktury zużycia pierwotnych
nośników energii na świecie
Rys. 4. Struktura produkcji i zużycia energii elektrycznej na świecie
2
Racjonalne użytkowanie energii elektrycznej (J. Paska)
2. Syntetyczny bilans energii elektrycznej Polski
Rys. 5. Struktura finalnego
zużycia energii w Polsce
wg nośników
Rys. 6. Struktura finalnego
zużycia energii w Polsce
wg sektorów
ENERGA SA
PAK SA
ENEA SA
Wytwarzanie
El. Kozienice
Wytwarzanie
Wytwarzanie
El. PAK, El. Pątnów 2
El. Ostrołęka, EC Elbląg
2457 MW, 11,2 TWh
Moc: 1151 MW
ENERGA
Moc: 3109 MW
Dolna
Odra
ENEA SA
Sprzedaż: 14,3 TWh
Produkcja: 4,7 TWh
ENERGA
PAK (50%)
Produkcja: 12,6 TWh
ENERGA Obrót SA
Ostrołęka
Brunatnego
ENEA
PGE
ENEA
El. Kozienice
Tauron Polska Energia
Sprzedaż: 18,6 TWh
Z. El. Ostrołęka
PGE Polska Grupa
Energetyczna SA
Wytwarzanie
PGE
PAK SA
RWE
Wytwarzanie
PKE
(El. Łagisza, El. Jaworzno II
& III, El. Siersza,
El. Łaziska, El. Halemba,
El. Blachownia,
EC Katowice,
EC Bielsko-Biała)
Ł -2
Turów
Energia Energia
Pro
(WGE)
Opole
PKE
PKE
RZE
Jaworzno
Łaziska
Sprzedaż: 36,6 TWh
Stalowa
Wola
Energetyka
Siersza
Enion
Energia ProGigawat, Enion
EC Bydgoszcz
EC Rzeszów, EC Lublin Wrotków, EC Gorzów
Łagisza
Moc: 5574 MW
Dystrybucja
L -5
Kozienice
Łódź Teren
Bełchatów
Pro
El. Stalowa Wola
Produkcja: 24,0 TWh
El. Bełchatów, El. Opole,
El. Turów, El. Dolna Odra
(BOT)
ŁZE
Podkarpacka
Enion
Moc: 13002 MW
Produkcja: 61,7 TWh
Dystrybucja
ŁZE, ZEŁT, RZE, LZE, ZEORK
ZEB, ZKE, ZEW-T
Tauron D. GZE SA
Przesył
Sprzedaż: 30,4 TWh
PSE Operator SA
Sieć przesyłowa
Sieci 220 kV, 400 kV, 750 kV
Rys. 7. Obecna (w 2011 r.) struktura polskiego sektora elektroenergetycznego (po konsolidacji)
3
Racjonalne użytkowanie energii elektrycznej (J. Paska)
Elektrownie zawodowe
wodne 2 529
Elektrownie zawodowe
cieplne na węgiel kamienny
90 811
Elektrownie zaw. cieplne
na węgiel brunatny 53 623
Elektrownie zaw. cieplne:
gaz 4 355,
współspalanie 4985
Elektrownie przemysłowe
9 000
El. zaw. cieplne 148 790
Elektrownie pozostałe
2 833*
Elektrownie zawodowe 151 319
Produkcja krajowa brutto 163 153
Wpłynęło
z zagranicy
1 743
Produkcja krajowa netto 137 889
Produkcja użyteczna (netto)
135 095
Energia wprowadzona
do sieci 132 904
Wypłynęło za
granicę 3 097
Zużycie krajowe netto
120 371
Sprzedaż z sieci
odbiorcom krajowym
112 843
Zużycie na potrzeby
własne 13 831
Zużycie na pompowanie 881
w elektrowniach
Sprzedaż bezpośrednio
odbiorcom 1 913
Straty i różnica bilansowa w KSE
12 533
Przemysł z własnej produkcji 5 295
Odbiorcy na WN 22 394
Odbiorcy
na nN
52 330
Odbiorcy na SN 38 119
Rys. 8. Bilans energii elektrycznej Polski w 2011 r. (GWh): (x) – dane z lat wcześniejszych, (x)* – elektrownie wiatrowe i inne
odnawialne
3. Elektrochłonność gospodarki polskiej na tle innych krajów
Tablica 3. Energochłonność i elektrochłonność gospodarki Polski
Rok
2006 2010 2015 2020 2025 2030
Energochłonność, toe/mln zł’07
89,4 73,1 56,7 46,6 36,6 33,0
Elektrochłonność, MWh/mln zł’07 137,7 110,4 90,4 77,8 67,8 60,6
4
Racjonalne użytkowanie energii elektrycznej (J. Paska)
Tablica 4. Wybrane wskaźniki jednostkowe charakteryzujące zużycie energii w roku 2010
Region
lub kraj
Świat
OECD
Śr. Wschód
Nie-OECD Europa
i Eurazja
Chiny
Azja
Nie-OECD
Ameryki
Afryka
POLSKA
M - mieszkaniec
Emisja CO2,
t
kg
kg
CO2/M CO2/USD CO2/USDPPP
4,44
0,60
0,44
10,10
0,33
0,34
7,56
1,29
0,66
Zużycie, toe/M
Zużycie/PKB,
toe/1000 USD
Zużycie/PKBPPP,
toe/1000 USD
Zużycie en.
elektr., kWh/M
1,86
4,39
2,96
0,25
0,14
0,51
0,19
0,15
0,26
2892
8315
3493
t
CO2/toe
2,38
2,30
2,55
3,35
0,74
0,32
4414
2,30
7,71
1,70
0,74
1,81
0,68
0,60
0,47
0,26
0,17
2958
806
3,01
2,19
5,43
1,49
1,80
1,04
0,78
0,37
1,28
0,27
0,14
1992
1,83
2,34
0,48
0,25
0,67
2,66
0,54
0,27
0,25
0,15
591
3783
1,36
3,01
0,91
7,99
0,74
0,80
0,34
0,46
Rys. 9. Energochłonność
pierwotna PKB w Polsce
i UE
4. Główne kierunki racjonalizacji użytkowania energii elektrycznej (poprawy efektywności
energetycznej)
Podstawą europejskiej polityki energetycznej do 2020 r. są:
1. 20% redukcja emisji gazów cieplarnianych w stosunku do poziomu z 1990 r.;
2. 20% zmniejszenie zużycia energii;
3. 20% udział energii ze źródeł odnawialnych w zużyciu energii w UE do 2020 r.
Cele te są celami całej UE – nie koniecznie wszystkich Państw Członkowskich.
1. Dla e.e. z OZE w Polsce oznacza to 15% udział.
2. W odniesieniu do efektywności energetycznej oznacza to 9% w 2016 r. – cel indykatywny.
3. W odniesieniu do kogeneracji 18% w łącznym zużyciu e.e. w 2010 r. (szacuje się, że pozwoli to na
redukcję emisji o 65 MtCO2/rok).
Zwiększenie efektywności energetycznej jest jednym z kluczowych elementów zrównoważonej
polityki energetycznej i wymaga działań w następujących kierunkach:
1. Zmniejszenie energochłonności wyrobów w trakcie ich projektowania, wytwarzania, użytkowania
i utylizacji - na energochłonność wyrobów decydujący wpływ ma etap ich projektowania. Zakłada się
wdrożenie do produkcji urządzeń o najwyższych klasach efektywności energetycznej, prowadzenie
kampanii informacyjnych na temat celowości i opłacalności stosowania urządzeń najbardziej
efektywnych. Istotną sprawą jest również takie projektowanie wyrobów, aby po ich zużyciu można było
odzyskać jak największą ilość surowca.
2. Zwiększanie sprawności wytwarzania energii - sprawność wytwarzania energii w Polsce jest
mniejsza niż w innych wysokorozwiniętych krajach Unii Europejskiej. Przewiduje się zwiększenie
wytwarzania energii elektrycznej w skojarzeniu z produkcją ciepła. W elektrociepłowniach zakłada się
stosowanie zasobników ciepła, co wyeliminuje wytwarzanie ciepła w szczycie w kotłach wodnych. W
elektrowniach kondensacyjnych przewiduje się stosowanie wysokosprawnych bloków energetycznych
opalanych węglem na nadkrytyczne parametry pary oraz stosowanie obiegów parowo-gazowych.
W budynkach mieszkalnych i obiektach użyteczności publicznej zakłada się wymianę nieefektywnych
kotłów na wysokosprawne.
5
Racjonalne użytkowanie energii elektrycznej (J. Paska)
3. Zmniejszenie energochłonności procesów przemysłowych - przewiduje się osiągnięcie dużych
efektów oszczędności energii przez modernizację szeregu procesów produkcyjnych w przemyśle i
dostosowanie ich do wymogów najlepszej dostępnej techniki. Celowi temu służyć będzie także dalsza
restrukturyzacja polskiej gospodarki, prowadząca do ograniczenia energochłonnych gałęzi
przemysłowych. Zakłada się rozwój produkcji wyrobów zaawansowanych technologicznie o wysokim
stopniu przetworzenia. Przewiduje się rozwój sektora usług oraz przebudowę technologiczną
gospodarki.
4. Zmniejszenie strat energii w przesyle i dystrybucji - przewiduje się ograniczenie strat energii w
krajowym
systemie
elektroenergetycznym
przez
zwiększenie
przepustowości
linii
elektroenergetycznych, poprawę rozdziału energii i ograniczenie przesyłu energii liniami 110 kV na duże
odległości. Zakłada się również rozbudowę połączeń z krajami sąsiednimi w celu zwiększenia zdolności
przesyłu energii. Zwiększenie zdolności przesyłowych sieci elektroenergetycznych oraz zmniejszenie
strat w przesyle stanowi istotny element tworzenia konkurencyjnego rynku energii.
5. Wdrożenie systemów zarządzania popytem na energię w celu zwiększenia efektywności
wykorzystania energii - zakłada się kompleksowe podejście do zarządzania popytem na energię,
prowadzącego do jej znaczącego oszczędzania, m.in. stosując rozwiązania organizacyjne, systemy
zachęt oraz poprawę efektywności użytkowania energii w celu zmniejszenia rozpiętości pomiędzy
maksymalnym i minimalnym zapotrzebowaniem na moc. Bardzo istotnym elementem tych działań jest
kontynuowanie procesu termomodernizacji budynków.
Głównymi kierunkami polityki energetycznej są:
Poprawa efektywności energetycznej;
Wzrost bezpieczeństwa dostaw paliw i energii;
Dywersyfikacja struktury wytwarzania energii elektrycznej poprzez wprowadzenie energetyki jądrowej;
Rozwój wykorzystania odnawialnych źródeł energii, w tym biopaliw;
Rozwój konkurencyjnych rynków paliw i energii;
Ograniczenie oddziaływania energetyki na środowisko.
Rozwój konkurencyjnych rynków paliw i energii. Cel główny: Zapewnienie niezakłóconego
funkcjonowania rynków paliw i energii, a przez to przeciwdziałanie nadmiernemu wzrostowi cen. Wybrane
działania: Wdrożenie nowej architektury rynku energii elektrycznej, Ułatwienie zmiany sprzedawcy energii
elektrycznej, Stworzenie warunków umożliwiających kreowanie cen referencyjnych energii elektrycznej na
rynku, Wprowadzenie rynkowych metod kształtowania cen ciepła.
Nowe uwarunkowania prawne (wybrane):
- ustawa z dnia 15 kwietnia 2011 r. o efektywności energetycznej
- ustawa z dnia z dnia 19 sierpnia 2011 r. o zmianie ustawy – Prawo energetyczne oraz niektórych innych
ustaw (podpisana przez Prezydenta 7 września 2011 r.)
- rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 26 lipca 2011 r. w sprawie sposobu obliczania danych
podanych we wniosku o wydanie świadectwa pochodzenia z kogeneracji oraz szczegółowego zakresu
obowiązku uzyskania i przedstawienia do umorzenia tych świadectw, uiszczania opłaty zastępczej
i obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w wysokosprawnej
kogeneracji (Dz.U. nr 176 poz. 1052)
- rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 18 sierpnia 2011 r. w sprawie szczegółowych zasad
kształtowania i kalkulacji taryf oraz rozliczeń w obrocie energią elektryczną
- projekty zmian zawarte w tzw. „trójpaku energetycznym”
Ustawa z dnia 15 kwietnia 2011 r. o efektywności energetycznej:
- 2013 – 2015 - okres wykonywania obowiązku zakupu i umorzenia świadectw efektywności energetycznej
lub uiszczenia opłaty zastępczej
- 31 marca 2014 – 2016 - rozliczanie obowiązku umorzenia świadectw efektywności energetycznej lub
uiszczenia opłaty zastępczej za poprzedni rok kalendarzowy
- 1 kwietnia 2016 - Prawa majątkowe wynikające ze świadectw efektywności energetycznej, które nie
zostaną umorzone przez Prezesa URE do dnia 31 marca 2016 r., wygasają z mocy prawa
6